(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱型誘電体の側面の全部または一部が電磁波遮蔽体で覆われて構成されており、高周波信号を空間に放射するための開口部を一方主面に有する円柱型誘電体共振器と、該円柱型誘電体共振器に給電するための導波管または誘電体導波管とを具備し、前記導波管または誘電体導波管のＨ面導体表面に前記円柱型誘電体共振器の他方主面側が取り付けられているとともに、前記導波管または誘電体導波管の前記Ｈ面導体内の前記円柱型誘電体共振器の前記開口部の中心と対向する位置に、前記導波管または誘電体導波管の中心軸からずれた位置に中心がある楕円形状の結合孔が形成されており、該結合孔を介して高周波信号が前記導波管または誘電体導波管から前記円柱型誘電体共振器に給電されることを特徴とする開口面アンテナ。
【請求項２】
前記高周波信号の前記誘電体中の自由空間波長をλとしたとき、前記円柱型誘電体共振器の厚みがλ／４〜λ／２であることを特徴とする請求項１記載の開口面アンテナ。
【請求項３】
前記結合孔の下部に位置する前記導波管内または前記誘電体導波管内に、反射を抑制する構造部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれか記載の開口面アンテナ。
【請求項４】
前記導波管または誘電体導波管の幅をｗとしたとき、前記結合孔の中心が前記導波管または誘電体導波管の中心軸からｗ／８〜３ｗ／８ずれた位置にあることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載の開口面アンテナ。
【請求項５】
前記楕円形状の結合孔の長軸の長さと短軸の長さとの比をＲ（＝短軸の長さ／長軸の長さ）としたとき、Ｒが０．８６〜０．９７であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載の開口面アンテナ。
【請求項６】
前記導波管または誘電体導波管の前記Ｈ面導体表面に、複数の前記円柱型誘電体共振器が概ね１管内波長間隔をもって搭載されており、前記導波管または誘電体導波管によりすべての前記円柱型誘電体共振器に直列給電されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか記載の開口面アンテナ。
【請求項７】
前記複数の直列給電された円柱型誘電体共振器における前記結合孔の大きさを変えることにより放射量が調整されて、全体の放射パターンが制御されることを特徴とする請求項６記載の開口面アンテナ。
【請求項８】
前記複数の直列給電された円柱型誘電体共振器の前記開口部の大きさを変えることにより放射量が調整されて、全体の放射パターンが制御されることを特徴とする請求項６記載の開口面アンテナ。
【請求項９】
前記複数の直列給電された円柱型誘電体共振器の径の大きさを変えることにより放射量が調整されて、全体の放射パターンが制御されることを特徴とする請求項６記載の開口面アンテナ。
【請求項１０】
複数の誘電体層が積層された誘電体基板内に、高周波信号を伝送可能な誘電体導波管構造体と、円柱型誘電体の側面の全部または一部が電磁波遮蔽壁によって覆われて構成されており、前記高周波信号を空間に放射するための開口部を一方主面に有する円柱型誘電体共振器構造体とを具備し、前記誘電体導波管構造体のＨ面導体上に前記円柱型誘電体共振器構造体を他方主面が結合するように配置してなり、前記誘電体導波管構造体の前記Ｈ面導体内の前記円柱型誘電体共振器構造体の前記開口部の中心と対向する位置に、前記誘電体導波管構造体の中心軸からずれた位置に中心がある楕円形状の結合孔が形成されており、該結合孔を介して前記高周波信号が前記誘電体導波管構造体から前記円柱型誘電体共振器構造体に給電されることを特徴とする開口面アンテナ付き基板。
【請求項１１】
前記誘電体導波管構造体が、給電部上部主導体層および給電部下部主導体層と、所定間隔をもって前記給電部上部主導体層および前記給電部下部主導体層を電気的に接続する複数の給電部貫通導体とから成る電磁波遮蔽壁を備えることを特徴とする請求項１０記載の開口面アンテナ付き基板。
【請求項１２】
前記複数の貫通導体が、前記給電部上部主導体層と前記給電部下部主導体層との間において、前記給電部上部主導体層および前記給電部下部主導体層と平行に設けられた給電部副導体層によって電気的に接続されていることを特徴とする請求項１１記載の開口面アンテナ付き基板。
【請求項１３】
前記円柱型誘電体共振器構造体が、前記誘電体基板の表面に形成された前記開口部を有する共振器部上部主導体層と、前記開口部と対向する位置に形成された共振器部下部主導体層と、前記開口部周囲の前記誘電体基板内に形成されて、所定間隔をもって前記共振器部上部主導体層と前記共振器部下部主導体層とを電気的に接続する複数の共振器部貫通導体と、前記共振器部上部主導体層と前記共振器部下部主導体層との間において、前記共振器部上部主導体層および前記共振器部下部主導体層と平行に設けられ且つ前記複数の共振器部貫通導体を電気的に接続する共振器部副導体層とからなるアンテナ導体壁を備えることを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のいずれか記載の開口面アンテナ付き基板。
【請求項１４】
前記誘電体基板の裏面に、少なくとも１つの信号増幅器が実装されていることを特徴とする請求項１０乃至請求項１３のいずれか記載の開口面アンテナ付き基板。
【請求項１５】
前記誘電体基板の裏面に、スイッチ、サーキュレータおよびダイプレクサの群から選ばれる少なくとも１種が実装されていることを特徴とする請求項１０乃至請求項１４のいずれか記載の開口面アンテナ付き基板。
【請求項１６】
前記誘電体基板の裏面に、半導体素子を収納するためのキャビティが形成されていることを特徴とする請求項１０乃至請求項１５のいずれか記載の開口面アンテナ付き基板。
【請求項１７】
前記誘電体基板の材質が低温焼成セラミックスであることを特徴とする請求項１０乃至請求項１６のいずれか記載の開口面アンテナ付き基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ミリ波帯等の高周波信号を用いる無線通信に適した開口面アンテナに関し、特に直列給電用の開口面アンテナと、これを内蔵した開口面アンテナ付き基板に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
ミリ波等の高周波信号の電波を放射するアンテナ素子としては、スロットアンテナ、パッチアンテナ等がある。これらは構造が簡単なため広く用いられており、給電線にマイクロストリップ線路、導波管線路等を用いたものが提案されている。
【０００３】
また、複数個のアンテナ素子を並べたアレーアンテナの給電方式には並列給電と直列給電方式とがあるが、周波数が高くなると給電線の伝送損失が問題となるため、多くの場合、直列給電方式が採用されている。並列給電方式の場合、スロットアンテナやパッチアンテナの素子は最大の放射が得られるようにスロットやパッチが共振サイズに設定されるが、直列給電方式の場合には、給電端側から徐々に電磁波が放射されるようにするために、スロットやパッチを共振サイズより小さく設定して放射量が調整される。
【０００４】
さらに、偏波技術としては、直線偏波と円偏波とがあるが、無線通信装置の場合、壁等からの反射波の影響を抑えるために、円偏波アンテナが用いられることが多い。これは、直線偏波の場合、反射波をまともに拾ってしまうのに対し、円偏波の場合には、例えば、右旋円偏波を放射した場合には反射波は左旋円偏波となるため、壁等からの一次反射波を拾うことがないためである。
【０００５】
スロットアンテナは、例えば導波管タイプの給電線における導体壁に電磁波の進行方向と平行及び直交方向にスロットを形成することにより実現されている。またパッチアンテナは、長方形型や楕円型のパッチによって実現されている。
【０００６】
また最近では、これらのアンテナをセラミック基板で作製することが検討されている。従来、多くは良好なアンテナ特性を得るために、比誘電率の低い樹脂製の基板が用いられてきたが、基板の熱膨張率が大きいためにＭＭＩＣ等を封止したパッケージを直接実装できず、コストアップにつながっていた。
【０００７】
これに対して、アンテナを熱膨張の小さいセラミック基板で作ることにより、直接パッケージ等を実装したり形成したキャビティ中に半導体素子を収納することが可能となり、高信頼性化及び低コスト化が可能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スロットアンテナやパッチアンテナの場合、一般に周波数帯域が狭いため製造上寸法精度が厳しい。特にミリ波帯ではアンテナのサイズが小さすぎて製造しにくいものとなる。例えば、スロットアンテナに所望の周波数で電磁波を放射させるためにはスロットの寸法精度を１％以内程度にする必要があり、誘電体基板上に厚膜印刷法によりスロットを形成する方法では、その寸法精度を満たすことが困難であるという問題があった。
【０００９】
これに対し、本発明者は特開平１１−２３９０１７号に開示されているように、空間共振器をアンテナ素子として用い、この素子と給電線路との結合を所定のスロットで行うことにより、アンテナ素子やスロットサイズに必要な寸法精度を緩和させている。しかし、スロットの幅はどうしても十数μｍと小さくなるため、厚膜印刷法によりスロットを形成する場合、導電性インクの垂れこみによってスロット幅が変動し、その結果、特性の劣化が生じるという問題点があった。
【００１０】
また、スロットアンテナやパッチアンテナによって高周波信号として円偏波を放射しようとする場合には、軸比が３ｄＢ以内となる周波数を所望の値として設定する必要があるが、その３ｄＢ以内となる周波数帯域が１％程度と非常に狭いために、スロットやパッチを非常に高い寸法精度で形成しなければならないという問題があった。
【００１１】
これに対し、特開２００１−６８９２４号では、空間共振器と導波管からなる給電線とを十字型のスロットによって結合した構造が提案されている。この構造によれば、パッチアンテナ素子やスロットサイズに要求される寸法精度よりも寸法精度を緩和させることができ、軸比が３ｄＢ以内となる周波数帯域が２．４％程度に改善されるものの、導電性インクの垂れこみにより十字型のスロットの寸法精度が低下し、ばらつきが大きいという問題点があった。
【００１２】
さらに、アンテナ素子がスロットアンテナやパッチアンテナである直列給電方式の場合には、放射量調整のために、共振長からスロットやアンテナのサイズををさらに小さくする必要があり、上述の精度面の問題があるばかりでなく、反射損失の問題もあった。一般に給電線にアンテナ素子を形成することにより、そこでインピーダンスの変化が発生し、反射波が発生する。直列給電方式のアンテナ素子の間隔は各アンテナ素子から放射される電磁波の位相を同位相とするために、１伝播波長とすることが望ましいが、この場合、前述した反射波が僅かであっても各反射波全てが同位相で重なり合うため、入力ポート部では大きな反射損失となってしまう。これを避けるために、故意にアンテナ素子間隔を１伝播波長からずらし、反射損失を低減する手法がある。しかし、この手法では、各アンテナ素子から放射される電磁波の位相がずれるため、放射ビームは斜め方向にずれてしまうという問題点もあった。
【００１３】
本発明はかかる従来の問題点を解決すべく案出されたものであり、その目的は、アンテナ製造上の寸法精度が数％程度であっても、所望の周波数において良好な特性を得る事ができ、また、直列給電方式のアンテナであっても反射損失を抑制しつつ、さらに、セラミック等の高誘電率基板でアンテナを形成しても高い寸法精度を要しない、軸比が小さい円偏波を放射可能な開口面アンテナおよび開口面アンテナ付き基板を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の問題点に対して検討を重ねた結果、上部に開口部が形成され、側面が金属壁などの電磁波遮蔽体によって覆われ、下部に略円形または多角形状の結合孔が形成された円柱型誘電体共振器を、導波管または誘電体導波管で給電することで、高い寸法精度を要しないアンテナが得られることを見出した。また、給電線である導波管または誘電体導波管の内部に、反射を抑制する構造を形成することにより、アンテナとの結合により発生する給電線内部の反射波を抑制できることを見出した。さらに、結合孔の位置を誘電体導波管の中心軸上に形成することにより直線偏波を、また中心軸上からずらした位置に形成することにより円偏波を容易に放射させることができることを見出した。またさらに、複数の円柱型誘電体共振器を１つの導波管または誘電体導波管で給電する直列給電方式において、結合孔のサイズ、誘電体共振器の開口部の径、誘電体共振器の径を調整して放射量を調整し、全体の放射パターンを制御することができることを見出した。
【００１５】
またさらに、上記の円柱型誘電体共振器や誘電体導波管を、貫通導体群や導体パターン群を用い、誘電体基板内に内蔵したアンテナ基板ができることを見出すことにより、このアンテナ基板の裏面に、増幅器等の機能素子を直接実装して高機能化したり、裏面に半導体素子を収納するキャビティを形成してアンテナ一体型モジュールが実現でき、またアンテナ基板を低温焼成のセラミックスによって形成することによって、抵抗の低い銅や銀の導体層を用いることができるため優れた特性のアンテナが得られることを見出した。
【００１６】
即ち、本発明の開口面アンテナは、円柱型誘電体の側面の全部または一部が電磁波遮蔽体で覆われて構成されており、高周波信号を空間に放射するための開口部を一方主面に有する円柱型誘電体共振器と、該円柱型誘電体共振器に給電するための導波管または誘電体導波管とを具備し、前記導波管または誘電体導波管のＨ面導体表面に前記円柱型誘電体共振器の他方主面側が取り付けられているとともに、前記導波管または誘電体導波管の前記Ｈ面導体内の前記円柱型誘電体共振器の前記開口部の中心と対向する位置に、前記導波管または誘電体導波管の中心軸からずれた位置に中心がある楕円形状の結合孔が形成されており、該結合孔を介して高周波信号が前記導波管または誘電体導波管から前記円柱型誘電体共振器に給電されることを特徴とするものである。
【００１７】
また、より具体的な構造としては、前記高周波信号の前記誘電体中の自由空間波長をλとしたとき、前記円柱型誘電体共振器の厚みをλ／４〜λ／２とすることが望ましく、さらには、前記結合孔の下部に位置する前記導波管内または前記誘電体導波管内に、反射を抑制する構造部を形成することによって特性の向上を図ることができる。
【００１９】
また、前記導波管または誘電体導波管の幅をｗとしたとき、前記結合孔の中心が前記導波管または誘電体導波管の中心軸からｗ／８〜３ｗ／８ずれた位置にあることが望ましい。
【００２０】
なお、前記楕円形状の結合孔は、その長軸の長さと短軸の長さとの比をＲ（＝短軸の長さ／長軸の長さ）としたとき、Ｒが０．８６〜０．９７であることが最適である。
【００２１】
また、開口面アンテナの変形例として、前記導波管または誘電体導波管の前記Ｈ面導体表面に、複数の前記円柱型誘電体共振器が概ね１管内波長間隔をもって搭載されており、前記導波管または誘電体導波管によりすべての前記円柱型誘電体共振器に直列給電されるようにして直列給電方式の開口面アンテナを形成することができる。その場合、前記複数の直列給電された円柱型誘電体共振器における結合孔の大きさ、円柱型誘電体共振器の開口部の大きさ、円柱型誘電体共振器の径の大きさを変えることにより放射量を調整し、全体の放射パターンを制御することができる。
【００２２】
また、本発明の開口面アンテナ付き基板は、複数の誘電体層が積層された誘電体基板内に、高周波信号を伝送可能な誘電体導波管構造体と、円柱型誘電体の側面の全部または一部が電磁波遮蔽壁によって覆われて構成されており、前記高周波信号を空間に放射するための開口部を一方主面に有する円柱型誘電体共振器構造体とを具備し、前記誘電体導波管構造体のＨ面導体上に前記円柱型誘電体共振器構造体を他方主面が結合するように配置してなり、前記誘電体導波管構造体の前記Ｈ面導体内の前記円柱型誘電体共振器構造体の前記開口部の中心と対向する位置に、前記誘電体導波管構造体の中心軸からずれた位置に中心がある楕円形状の結合孔が形成されており、該結合孔を介して前記高周波信号が前記誘電体導波管構造体から前記円柱型誘電体共振器構造体に給電されることを特徴とするものであり、これにより開口面アンテナ多層基板内に形成することができる。
【００２３】
かかる基板においては、前記誘電体導波管構造体が、給電部上部主導体層および給電部下部主導体層と、所定間隔をもって前記給電部上部主導体層および前記給電部下部主導体層を電気的に接続する複数の給電部貫通導体とから成る電磁波遮蔽壁を備えており、また、前記複数の貫通導体が、前記給電部上部主導体層と前記給電部下部主導体層との間において、前記給電部上部主導体層および前記給電部下部主導体層と平行に設けられた給電部副導体層によって電気的に接続されていることが望ましい。
【００２４】
また、前記円柱型誘電体共振器構造体が、前記誘電体基板の表面に形成された前記開口部を有する共振器部上部主導体層と、前記開口部と対向する位置に形成された共振器部下部主導体層と、前記開口部周囲の前記誘電体基板内に形成されて、所定間隔をもって前記共振器部上部主導体層と前記共振器部下部主導体層とを電気的に接続する複数の共振器部貫通導体と、前記共振器部上部主導体層と前記共振器部下部主導体層との間において、前記共振器部上部主導体層および前記共振器部下部主導体層と平行に設けられ且つ前記複数の共振器部貫通導体を電気的に接続する共振器部副導体層とからなるアンテナ導体壁を備えることを特徴とする。
【００２５】
なお、この基板には、前記誘電体基板の裏面に、少なくとも１つの信号増幅器を実装したり、前記誘電体基板の裏面に、スイッチ、サーキュレータおよびダイプレクサの群から選ばれる少なくとも１種を実装したり、前記誘電体基板の裏面に、半導体素子を収納するためのキャビティを形成することができる。
【００２６】
なお、前記誘電体基板の材質が低温焼成セラミックスであることによって、低抵抗の金属によって各種導体層を形成することができるので、高周波信号の伝送に対して好適である。
【００２８】
さらに、直列給電方式で前記の導波管または誘電体導波管と多数の誘電体共振器を結合する場合、各誘電体共振器の径やその開口部の径または結合孔のサイズを調整することにより容易に放射量を調整できるので、所望の放射パターンを形成できる。また、あるアンテナ素子の放射量が大きい時でもインピーダンスの不整合により生じる反射損失を、誘電体導波管中に形成した反射抑制構造により低減できるので、良好なアンテナ特性を得ることができる。
【００２９】
またさらに、多層構造の誘電体基板に形成した貫通導体群や誘電体層表面に形成した導体パターン群を用いることにより、上記アンテナ素子の誘電体共振器や給電線の誘電体導波管を誘電体基板内に形成できるので、このアンテナ基板の裏面に、増幅器等の機能素子を直接実装して高機能化したり、スイッチまたはサーキュレータまたはダイプレクサを実装または内蔵して送受共用のアンテナ基板としたり、さらには、裏面に半導体素子を収納するキャビティを形成してアンテナ一体型モジュールを形成することができる。
【００３０】
またさらに、前記誘電体基板を低温焼成セラミックスによって形成することによって、導体パターンや垂直導体などを抵抗の低い銅や銀の導体によって形成できるために、優れたアンテナ特性が得られる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の開口面アンテナについて図面を参照して説明する。まず、図１は、本発明の開口面アンテナの一例を示す概略斜視図である。図１の開口面アンテナにおいて、１は誘電体共振器、２は給電線路となる導波管または誘電体導波管（以下、導波管型給電線路という。）である。
【００３２】
この図１の開口面アンテナによれば、誘電体共振器１は、円柱型誘電体１ａの側面が電磁波遮蔽体となる導体壁１ｂによって被覆されており、その上面には、空間に高周波信号を放射する開口面３１が形成されている。そして、この誘電体共振器１は、導波管型給電線路２のＨ面導体表面に搭載されている。また、誘電体共振器１と導波管型給電線路２とは、導波管型給電線路２のＨ面導体内、あるいは誘電体共振器１の底面に形成された結合孔３２によって結合されている。
【００３３】
かかる構造の開口面アンテナによれば、結合孔３２と誘電体共振器１の最低次の結合モードは、図１のように誘電体共振器１の導体壁１ｂが結合孔３２を円形状に取り囲んでいるので、その誘電体１ａが満たされた空間には１／２誘電体円柱共振器の共振モード（ＴＥ１１１またはＴＭ１１１）と類似したモードが発生し、そのモードの共振周波数は次式で与えられるものとなる。
【００３４】
ｆ＝１５０／ε1/2×｛（ｍ／πｄ）2＋（１／２ｔ）2｝1/2
ここで、ｆ：共振周波数（ＧＨｚ）、ｄ：誘電体共振器の直径（ｍｍ）、ｔ：誘電体共振器の厚み（ｍｍ）、ε：比誘電率である。また、ＴＥ１１１モードの場合、ｍ＝１．８４、ＴＭ１１１モードの場合、ｍ＝３．８３である。ただし、円柱型の誘電体共振器１には結合孔３２で給電しているので、共振周波数はこの結合孔３２のサイズに影響を受ける。
【００３５】
また、図１の開口面アンテナによれは、上記誘電体１ａが満たされた空間を誘電体共振器１として作用させるので、高周波信号の誘電体中の自由空間波長をλとしたとき、誘電体共振器の厚みｔはλ／４〜λ／２の範囲内に設定することが望ましい。即ち、ｔがλ／４よりも小さいと、上記モードで共振しなくなり、λ／２よりも大きいと、別のモードが発生しやすくなるために好ましくない。
【００３６】
また、本発明の開口面アンテナにおいては、導波管型給電線路２の結合孔３２の下部に位置する導波管型給電線路２内に、反射を抑制する構造を形成することが望ましい。図２は、本発明の反射抑制構造が付加された開口面アンテナの一例を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）はｘ−ｘ断面図を示す。この開口面アンテナにおいて、反射抑制構造４は、垂直導体４１と、水平導体４２によって形成されている。水平導体４２は、導波管型給電線路２の幅を両側から狭めるように配置され導波管型給電線路２のＥ面導体と電気的に接続されている。また、水平導体４２は、垂直導体４１によって導波管型給電線路２の下部Ｈ面導体と電気的に接続されている。つまり、水平導体４２、垂直導体４１によって導波管型給電線路２のＨ面導体およびＥ面導体と電気的に接続されている。
【００３７】
かかる反射抑制構造４においては、導波管型給電線路２を伝播してきた高周波信号は、アンテナ素子である誘電体共振器１と結合孔３２を介して結合するが、この結合部でインピーダンスのずれにより一部反射する。しかし、導波管型給電線路２内に上記反射抑制構造４を形成し、この反射抑制構造４での反射波が、上記の誘電体共振器１との結合部で発生する反射波を打ち消すように設定することで、反射損失を小さくすることができる。すなわち、反射抑制構造４での反射波が、結合部での反射波と大きさが等しくかつ位相が１８０°異なるように、反射抑制構造４における垂直導体４１および水平導体４２の位置を調整する。反射抑制構造４での反射量は、垂直導体４１の導波管幅方向の位置及び数により調整される。また、位相は垂直導体４１の導波管軸方向の結合孔３２の中心からの距離により調整される。即ち、反射量を大きくする場合、垂直導体４１を導波管型給電線路２の中心軸に近づけるか、又は垂直導体４１を複数個形成することで実現できる。
【００３９】
この結合孔３２の具体的な形状としては、図３に示すように、（ａ）円形状、（ｂ〜ｄ）内角が１８０°よりも小さい正多角形状、（ｅ）楕円形状、（ｆ〜ｈ）内角が１８０°よりも小さい多角形状が挙げられるが、多角形状は、それを印刷などによって形成する場合に、角部が丸くなりやすいために、設計値とのずれが発生しやすい。本発明の開口面アンテナの結合孔の形状である、角部を有しない楕円形状は、設計がしやすく、また印刷等によって形成する場合にその形状を再現よく形成できるために、設計値とのずれが発生しにくい。
【００４０】
さらに、本発明の開口面アンテナにおいては、誘電体共振器１のＨ面導体表面に搭載する誘電体共振器１とを結合する結合孔３２の位置を導波管型給電線路２の中心軸からずらすことによって円偏波を放射することができる。
【００４１】
図４（ａ）は、直線偏波を放射する開口面アンテナの平面図であり、（ｂ）はその電磁波の磁界分布である。この図４の開口面アンテナにおいては、結合孔３２は導波管型給電線路２の中心軸上に配置されている。また、（ｂ）磁界分布図において、破線矢印は、導波管型給電線路２内を伝播する電磁波の磁界分布を示したものであり、実線矢印は、結合孔３２と結合する磁界を示す。
【００４２】
図４（ｂ）によれば、初期の状態では、結合孔３２と結合する導波管型給電線路２の内部の磁界は対称的であり、結果的に結合孔３２とは結合しない。この後、９０°位相が進むと導波管型給電線路２内の電磁界の進行方向に対して右の磁界成分と結合する。同様に、１８０°位相が進んだときは結合せず、２７０°位相が進んだときは電磁界の進行方向に対して左の磁界成分と結合する。このようにして、直線偏波が放射される。
【００４３】
また、図５（ａ）は、円偏波を放射する本発明の開口面アンテナの平面図であり、（ｂ）はその電磁波の磁界分布である。この図５の開口面アンテナにおいては、結合孔３２は導波管型給電線路２の中心軸から、導波管型給電線路２の電磁波の進行方向に対して、左側にｃだけずらした位置に形成されている。また、（ｂ）磁界分布図において、破線矢印は、導波管型給電線路２内を伝播する電磁波の磁界分布を示したものであり、実線矢印は、結合孔３２と結合する磁界を示す。
【００４４】
この図５（ｂ）によれば、初期の状態では、結合孔３２は導波管型給電線路２内部の磁界の反進行方向の磁界成分と結合する。その後、９０°位相が進むと内部電磁界の進行方向に対して右の磁界成分と結合する。同様に、１８０°位相が進んだときは進行方向成分の磁界と結合し、２７０°位相が進んだときは電磁界の進行方向に対して左の磁界成分と結合する。このようにして、左旋円偏波が放射される。
【００４５】
なお、右旋円偏波を放射させる場合は、結合孔３２を導波管型給電線路２の中心軸より、導波管型給電線路２の電磁波の進行方向に対して、右側にずらして形成すれば良い。
【００４６】
また、円偏波を放射させる場合、軸比の調整が必要になる。これは、結合孔３２を長軸長がａ、短軸長がｂの楕円形状によって形成し、その楕円形状の結合孔３２の長軸の長さと短軸の長さとの比Ｒ（＝ｂ／ａ）と、導波管型給電線路２の中心軸からのずれ量ｃで調整することができる。このずれ量ｃが大きいと楕円形結合孔３２が導波管型給電線路２上に形成できなくなり、ずれ量ｃが小さいと、直線偏波に近くなってしまうので、誘電体導波管幅をｗとしたとき、そのずれ量ｃはｗ／８〜３ｗ／８の範囲内で調整することが望ましい。
【００４７】
また、円偏波における軸比と楕円形結合孔３２の長軸及び短軸の比Ｒの関係を表１、表２に示す。表中のａは長軸の長さ（ｍｍ）、ｂは短軸の長さ（ｍｍ）を示し、表１は円偏波における軸比（ｄＢ）、表２はそのときの長軸の長さと短軸の長さとの比Ｒ（＝ｂ／ａ）を示す。表１、表２において、太線で囲まれた領域は、軸比が３ｄＢ以下の部分を示している。この結果から、長軸の長さと短軸の長さとの比Ｒ（＝ｂ／ａ）は０．８６〜０．９７の範囲内であることが望ましいことがわかる。
【００４８】
【表１】
0004535640.tif 000002
【００４９】
【表２】
0004535640.tif 000003
【００５０】
図１乃至図３の構造の開口面アンテナにおいては、導波管型給電線路２に１つの誘電体共振器１を搭載させたものであったが、導波管型給電線路２上に、複数の誘電体共振器１を所定の間隔をもって搭載させるととともに、図１乃至図３と同様にして結合孔３２によって開口面を有する各誘電体共振器１と導波管型給電線路２とを結合させることによって、直列給電アンテナを形成することができる。
【００５１】
図６は、その直列給電アンテナの一例を示す斜視図である。図６において、図１乃至図２に示したものと同様の個所には同じ符号を付してある。図中、６は複数の導波管型給電線路２群に給電するための導波管型第２給電線路であり、６１は前記導波管型第２給電線路６と導波管型給電線路２とを結合するためのスロットであり（図面では、説明の便宜上、導波管型給電線路２の半分を省略した。）６２は前記導波管型第２給電線路６の端部に作られたアンテナポートである。
【００５２】
この図において、アンテナポート６２より入力された高周波信号は、分岐を繰り返し、スロット６１群で６つの導波管型給電線路２群の長手方向中央で給電される。導波管型給電線路２の長手方向中央で結合された高周波信号は左右に分岐し、導波管型給電線路２上に配置された５個（左右で計１０個）の誘電体共振器１群と結合する。その後、誘電体共振器１の開口部３１から、直線偏波または円偏波が放射される。
【００５３】
この場合、放射パターンを制御するために、各誘電体共振器１と導波管型給電線路２との結合量を調整する必要がある。この調整は、結合孔３２のサイズ、誘電体共振器１上部の開口部３１の径、または誘電体共振器１の径ｄを変えることにより適宜調整することができる。
【００５４】
また、本発明によれば、多層構造からなる誘電体基板に対して、上記の導波管型給電線路２と誘電体共振器１とを多層配線技術における導体パターンと垂直導体を組み合わせることによって、誘電体導波管構造体および誘電体共振器構造体を形成して、多層配線基板の内部に上記の開口面アンテナを内蔵させることができる。
【００５５】
図７は、図１の開口面アンテナを誘電体基板内に形成した開口面アンテナ付き基板（以下、単にアンテナ基板という。）の一例を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ１−Ｂ１線断面図である。なお、図１乃至図２に示したものと同様の個所には同じ符号を付してある。図７のアンテナ基板において、共振器部誘電体層５１ａ、５１ｂを積層してなる共振器部誘電体基板５１が形成され、この共振器部誘電体基板５１の最上面には共振器部上部主導体層１１が、また下面には共振器部下部主導体層１３がそれぞれ形成されており、共振器部誘電体基板５１は両共振器部主導体層１１、１３により挟持されている。
【００５６】
また、上部主導体層１１には、導体が形成されていない開口部３１が形成されている。また、この開口部３１周辺には、所定間隔を持って共振器部上部主導体層１１および共振器部下部主導体層１３間を電気的に接続するように複数の共振器部貫通導体１４が形成されている。この複数の共振器部貫通導体１４は、高周波信号の信号波長の２分の１未満の繰り返し間隔で配設されている。なお、この繰り返し間隔は、必ずしも一定の値であることに限られず、信号波長の２分の１未満で種々の値を組合わせて設定しても良い。また、２重、３重と配設されても良い。この複数の貫通導体１４群によって電磁波遮蔽体が形成され、これが図１の誘電体共振器の導体壁１ｂを疑似的に形成している。
【００５７】
また、この複数の貫通導体１４は、上部主導体層１１と下部主導体層１３間において該主導体層と平行に設けられた共振器部副導体層１２によって電気的に接続されている。この共振器部副導体層１２には開口部３１と相似形状の導体非形成部を設け、単層または必要に応じて複数層形成されて、複数の共振器部貫通導体１４と共に共振器部誘電体基板５１内に格子状の共振器部導体側壁１ｂを形成する。
【００５８】
そして、共振器部上部主導体層１１、共振器部下部主導体層１３、複数の共振器部貫通導体１４および共振器部副導体層１２から成る共振器導体壁で囲まれ、誘電体で満たされた空間により、共振器部誘電体基板５１内に、誘電体共振器１構造体を形成している。
【００５９】
一方、共振器部誘電体基板５１の下面には、給電部誘電体層５２ａ、５２ｂを積層して成る給電部誘電体基板５２が形成されており、給電部誘電体基板５２の上面には給電部上部主導体層２１が形成され、下面には給電部下部主導体層２３が形成されており、給電部誘電体基板５２は両給電部主導体層２１、２３により挟持されている。なお、図中では、共振器部下部主導体層１３と給電部上部主導体層２１とは一体化されている。
【００６０】
また、給電部上部主導体層２１および給電部下部主導体層２３の間には、両者を電気的に接続するように複数の給電部貫通導体２４ａ、２４ｂが２列に配設されている。この複数の貫通導体２４ａ、２４ｂは、高周波信号の信号波長の２分の１未満の繰り返し間隔で配設されている。なお、この繰り返し間隔は、必ずしも一定の値であることに限られず、信号波長の２分の１未満で種々の値を組合わせて設定しても良い。また、２重、３重と配設されても良い。また、この複数の貫通導体２４ａ、２４ｂは、上部主導体層２１と下部主導体層２３間において該主導体層と平行に設けられた給電部副導体層２２によって電気的に接続されている。
【００６１】
この複数の貫通導体２４ａ、２４ｂおよび副導体層２２によって電磁波遮蔽体が形成され、これが図１の給電線路２のＥ面導体を疑似的に形成している。
【００６２】
そして、給電線路部上部主導体層２１、給電線路部下部主導体層２３、複数の給電線路部貫通導体２４ａ、２４ｂおよび副導体層２２から成る疑似的導体壁とで囲まれ、誘電体で満たされた空間により、断面が矩形状の誘電体導波管からなる給電線路構造体２を形成している。
【００６３】
特に、この誘電体導波管をシングルモードで用いる場合には、給電部貫通導体群２４ａと２４ｂとの間隔ｗは、λ／２＜ｗ＜λで配設される。なお、給電部誘電体層５２は単層であっても良く、この場合には、給電部副導体層２２は形成されない。
【００６４】
そして、この共振器部下部主導体層１３（給電部上部主導体層２１）には、誘電体共振器構造体１と、導波管型給電線路構造体２を結合するために、非導体形成部を形成して楕円形状の結合孔３２を形成することによって、上記誘電体共振器構造体１と導波管型給電線路構造体２とが結合されている。
【００６５】
そして、導波管型給電線路２から結合孔３２を通して開口部３１側に放射された高周波信号の電磁波は、誘電体共振器１があることにより、その空間より外側の一対の主導体層１１、１３間を伝播することなく、開口部３１から自由空間に放射される。
【００６６】
図８（ａ）は、図７のアンテナ基板において、反射抑制構造が付加された開口面アンテナを誘電体基板内に形成したアンテナ基板の一例を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ２−Ｂ２線断面図である。図１及び図２に示したものと同様の個所には同じ符号を付してある。
【００６７】
図８においては、導波管型給電線路構造体２の導波管内側に給電部副導体層２２を一部延設して水平導体４２が設けられ、その水平導体の端部は、垂直導体４１によって、主導体層２３と電気的に接続されている。このようにして、反射抑制垂直導体４１と反射抑制水平導体４２とから、反射抑制構造４が導波管型給電線路構造体２内に形成されている。
【００６８】
なお、図８に示す本発明の実施形態の一例では、反射抑制垂直導体４１は給電部誘電体層５２ｂのみに形成されているが、給電部誘電体層５２ａに形成しても良く、また、導波管型給電線路２が多数の誘電体層で形成されている場合はその複数の層に形成しても良い。
【００６９】
なお、このアンテナ基板は、前述したように、結合孔３２の形成箇所によって図４に示した直線偏波を放射するアンテナ基板、図５に示した円偏波を放射するアンテナ基板として機能させることができる。また、複数の誘電体共振器構造体１を導波管型給電線路構造体２に対して所定の間隔で配列することによって、直列給電アンテナ基板を形成することもできる。
【００７０】
また、本発明によれば、図７、図８に示したように、多層構造の誘電体基板内部に開口面アンテナを形成することによって、アンテナ基板の他の部分に種々の回路を形成することができる。
【００７１】
図９は、本発明の直列給電アンテナ基板の裏面に能動素子を実装した場合の一例を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ３−Ｂ３断面図である。図中、８１はアンテナポート６２と表面回路とを結合する接続部、７１は信号増幅器、７２はフィルター、７３はミキサ、７４は高周波信号発生器、８２はＩＦ信号のＩＦポートである。
【００７２】
例えば、ＩＦポート８２から入力されたＩＦ信号は高周波信号発生器７４で生成された搬送信号とミキサ７３でミキシングされ、フィルター７２で帯域外の高調波等の高周波成分がカットされた後、信号増幅器７１で増幅され、接続部８１を介してアンテナ基板に入力される。７１〜７４の全ての能動素子がアンテナ基板５に実装される必要はないが、少なくとも信号増幅器７１がアンテナ基板５に実装されたアンテナモジュールの形態は、特に信号波長がミリ波帯を用いる場合、伝送損失の観点でメリットが大きい。
【００７３】
図１０は、本発明の直列給電アンテナ基板の裏面に能動素子を実装した他の例を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＡ４−Ｂ４断面図である。図９に示したものと同様の個所には同じ符号を付してある。７５はスイッチまたはサーキュレータまたはダイプレクサ等の信号切替え器、８２ａはＩＦ入力ポート、８２ｂはＩＦ出力ポートである。
【００７４】
ＩＦ入力ポート８２ａから入力されたＩＦ信号は高周波信号発生器７４で生成された搬送信号とミキサ７３ａでミキシングされ、フィルター７２ａで帯域外の高調波等の高周波成分がカットされた後、高出力信号増幅器７１ａで増幅され、スイッチやサーキュレータまたはダイプレクサ等の信号切り替え器７５により、接続部８１方向のみに信号が送られ、アンテナ基板５に入力される。一方、アンテナ基板５で受信して接続部８１に到達した信号は、信号切り替え器７５により、低雑音信号増幅器７１ｂのみに信号が送られ、フィルター７２ｂで帯域外の信号をカットされた後、高周波信号発生器７４で生成された信号とキクサ７３ｂでミキシングされ、ＩＦ信号のみ取り出される。その後、ＩＦ出力ポート８２ｂより出力される。このように、信号切り替え器７５を配設することにより、送受共用のアンテナ基板を提供することができる。
【００７５】
図１１は、本発明直列給電のアンテナ基板の裏面に半導体素子をキャビティ内に実装した形態の一例を示すもので、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ５−Ｂ５断面図である。図１０に示したものと同様の個所には同じ符号を付してある。７は半導体素子、９はキャビティである。
【００７６】
半導体素子７はスイッチまたは信号増幅器等の単一機能を持つものであっても、図９または図１０に示した機能素子群を集積化したものであっても良い。
【００７７】
このように、アンテナ基板５裏面にキャビティ９を形成することにより、キャビティ９内に半導体素子７を収納することができるので、特性が高く、低コストのアンテナ基板５が実現できる。
【００７８】
以上のアンテナ基板における誘電体基板は、適当な厚みの誘電体層を積層することによって容易に形成することができる。また、導体層は、導体ペーストの印刷や、導体箔などによって形成でき、また垂直導体は、誘電体層に貫通孔を形成しスクリーン印刷などによって導体ペーストを充填することによって容易に形成することができる。特に、誘電体材料として、銅、銀、金等の低抵抗の導体を用いるために、誘電体基板は、１０５０℃以下で焼成可能な公知の低温焼成セラミック材料、例えば、ホウケイ酸系ガラス、あるいはホウ珪酸系ガラスとＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3などのセラミックフィラーとを混合した材料等によって形成することによって、伝送損失が小さくなりアンテナ特性が向上する。
【００７９】
【実施例】
次に、本発明の開口面アンテナの具体例について説明する。
図１２は、図８の反射抑制構造を有するアンテナ基板の反射抑制構造の効果を示す図である。図８の誘電体基板５１、５２には、比誘電率４．９のガラスセラミックスを用い、誘電体共振器１の厚みを０．６ｍｍ、導波管型給電線路２のサイズを（ｗ、ｈ）＝（１．８２ｍｍ、０．６ｍｍ）、結合孔３２の中心位置は導波管型給電線路２の中心軸からのずれ量ｃ＝０．３９ｍｍとした。また周波数は、６２．５ＧＨｚにて評価した。
【００８０】
図１２（ａ）は結合孔３２を楕円形状とし、そのサイズａ（楕円の長軸、短軸はｂ＝１．４４ａ−０．５２とした）を変化させたときの反射特性である。誘電体共振器１径ｄおよび開口部サイズはφ２．１２ｍｍとした。
【００８１】
反射抑制構造としては、図８における結合孔３２の下側に、幅０．２ｍｍ、長さ０．６７ｍｍの水平導体４２を導波管型給電線路の０．３ｍｍの厚みの位置に副導体層２２より延設し、水平導体４２の端部には直径が０．２ｍｍの垂直導体４１が下側の主導体層（Ｅ面導体）２３まで伸びた構造を導波管型給電線路２内部に左右対称に形成した。
【００８２】
図の●は反射抑制構造４を付加した場合、△は反射抑制構造４のない場合の結果である。反射抑制構造４がない場合、反射は−２０ｄＢより大きいのに対し、反射抑制構造４がある場合は、反射が−３０ｄＢ以下に抑制されていることがわかる。
【００８３】
図１２（ｂ）は、誘電体共振器１の径ｄを変化させたときの反射特性を示す図である。楕円形結合孔３２のサイズはａ＝１．０００ｍｍ、ｂ＝０．９１４ｍｍとし、反射抑制構造４は図１２（ａ）の場合と同じにした。なお、開口部３１のサイズは誘電体共振器１の径ｄと同じにした。図の●は反射抑制構造４を付加した場合、△は反射抑制構造４のない場合の結果である。反射抑制構造４がない場合、反射は−２０ｄＢより大きいのに対し、反射抑制構造４がある場合は、反射が−３０ｄＢ以下に抑制されていることがわかる。
【００８４】
図１３は、開口面アンテナを用いて、円偏波または直線偏波を放射させた例を示すアンテナの放射パターンである。図の横軸はアンテナ面法線方向からの角度であり、縦軸は電磁波の相対強度を示す。また、実線は右旋円偏波成分、破線は左旋円偏波成分を示す。なお、評価は６２．５ＧＨｚで行った。
【００８５】
誘電体層には，比誘電率４．９のガラスセラミックスを用い、誘電体共振器１の径ｄおよび開口部３１のサイズをφ２．１２ｍｍ、誘電体共振器１の厚みを０．６ｍｍ、楕円形結合孔３２のサイズはａ＝１．０００ｍｍ、ｂ＝０．９１４ｍｍ、導波管型給電線路２のサイズは（ｗ、ｈ）＝（１．８２ｍｍ、０．６ｍｍ）とした。また、図１２で形成した構造と全く同じ構造の反射抑制構造を形成した。
【００８６】
図１３（ａ）は、楕円形結合孔３２の中心位置の導波管型給電線路２の中心軸からのずれ量ｃ＝０．３９ｍｍとした本発明の開口面アンテナの結果を示すグラフである。この場合、法線方向（０°方向）の左旋円偏波成分は−３０ｄＢ以下で、ほとんどが右旋円偏波成分である。即ち、きれいな右旋円偏波の電磁波が放射されていることがわかる。
【００８７】
図１３（ｂ）は、楕円形結合孔３２の中心位置は導波管型給電線路２の中心とした場合の結果を示すグラフである。この場合、実線の右旋円偏波成分と破線の左旋円偏波成分とが一致している。即ち、きれいな直線偏波の電磁波が放射されていることがわかる。
【００８８】
図１４（ａ）は結合孔サイズと放射量および円偏波の軸比の関係を示す図であり、図１４（ｂ）は周波数に対する軸比の変化を示す図である。
【００８９】
誘電体基板５１、５２には比誘電率４．９の材料を用い、誘電体共振器１の厚みｔを０．６ｍｍ、誘電体共振器１の径ｄおよび開口部３１のサイズはφ２．１２ｍｍ、導波管型給電線路２のサイズを（ｗ、ｈ）＝（１．８２ｍｍ、０．６ｍｍ）とした。楕円形結合孔３２の中心位置の導波管型給電線路２の中心軸からのずれ量ｃ＝０．３９ｍｍとした。また、図１２で形成した構造と全く同じ構造の反射抑制構造を形成した。
【００９０】
図１４（ａ）は楕円形結合孔３２サイズａ（楕円の長軸、短軸はｂ＝１．４４ａ−０．５２とした）を変化させたときの放射量と軸比の関係を示した図であり、周波数は６２．５ＧＨｚで評価したものである。
【００９１】
また、図中の●は放射量、□は円偏波における軸比を示している。この図から、楕円型結合孔サイズを０．８６ｍｍから１．０２ｍｍまで変化させることにより、放射量を１０〜６０％へと制御できると共に、そのときの軸比も３ｄＢ以内の良好な特性が得られることがわかる。
【００９２】
図１４（ｂ）は、楕円型結合孔３２のサイズをａ＝１．０２０ｍｍとしたときの、軸比の周波数依存性を示す図である。この図から、周波数が５５〜６５ＧＨｚと１０ＧＨｚ変化させても、軸比の変化は約１ｄＢ以下で小さいことがわかる。
このことは、寸法精度が変化しても軸比の変化は非常に小さいことを意味している。
【００９３】
図１５（ａ）は、開口部３１のサイズと放射量および円偏波の軸比の関係を示す図であり、図１５（ｂ）は誘電体共振器１の径ｄと放射量および円偏波の軸比の関係を示す図である。
【００９４】
誘電体基板５１、５２には、比誘電率４．９のガラスセラミックスを用い、誘電体共振器１の厚みｔを０．６ｍｍ、導波管型給電線路２のサイズを（ｗ、ｈ）＝（１．８２ｍｍ、０．６ｍｍ）とした。楕円形結合孔３２の中心位置の導波管型給電線路２の中心軸からのずれ量ｃ＝０．３９ｍｍとした。また、図１２で形成した構造と全く同じ構造の反射抑制構造を形成した。
【００９５】
図１５（ａ）は開口部３１のサイズｄを変化させたときの放射量と軸比の関係を示した図であり、周波数は６２．５ＧＨｚで評価したものである。なお、誘電体共振器１の径は２．１２ｍｍで一定である。また、図中の●は放射量、□は円偏波における軸比を示している。この図から、開口部サイズを１．５ｍｍから２．２ｍｍまで変化させることにより、放射量を１０〜６０％へと制御できると共に、そのときの軸比も約２ｄＢ以内の良好な特性が得られることがわかる。
【００９６】
図１５（ｂ）は誘電体共振器１の径を変化させたときの放射量と軸比の関係を示した図であり、周波数は６２．５ＧＨｚで評価したものである。なお、開口部３１のサイズは誘電体共振器１の径と同じにした。また、図中の●は放射量、□は円偏波における軸比を示している。この図から、共振器径を１．５ｍｍから２．２ｍｍまで変化させることにより、放射量を２〜６０％へと制御できると共に、そのときの軸比も約１．５ｄＢ以内の良好な特性が得られることがわかる。
【００９７】
図１６は図６に示す直列給電方式による、放射パターン制御の一例を示す図である。この場合（図６参照）、直列給電導波管型給電線路２はスロット６１により中央で給電されており、分岐後、左右に並ぶ５つの誘電体共振器１の放射量は対称とした。このとき、中央から端部に向かう誘電体共振器１からの放射量を前述したように結合孔サイズ、開口部サイズ、共振器サイズを変えて４２％、５２％、５８％、６０％、６２％とした。またアンテナ素子間隔は自由空間波長をλ0としたとき、５．２５λ0とした。図１６に示すように、この場合、サイドローブレベルが−２５ｄＢ以下に制御されていることがわかる。
【００９８】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の開口面アンテナによれば、楕円形状の結合孔と誘電体共振器とにより共振周波数を制御できるため、結合孔の寸法精度に数％の誤差があったとしても、安定して所望の周波数帯における共振を得ることができ、それにより開口面から放射される高周波信号の電磁波を安定して放射させることができるものとなる。また、給電線路での不要放射がなく、伝送損失も小さいことからアンテナでの損失を小さいものとすることができるとともに、楕円型状結合孔と誘電体導波管との位置関係を調整することにより、右旋円偏波、左旋円偏波を放射させることができるものとなる。
【００９９】
また、前記導波管または誘電体導波管内の結合孔の下部に位置する導波管または誘電体導波管内に、反射を抑制する構造を形成することによってアンテナ素子結合部でのインピーダンスのずれによる反射波を十分抑制できるものとなる。さらに、直列給電の場合でも反射波を十分抑制できるので、アンテナ素子を誘電体導波管の概ね１管内波長間隔として、放射ビームをアンテナ面の法線方向に設定しても、反射損失を低く抑えることができるものとなる。
【０１００】
またさらに、積層型開口面アンテナの楕円形状の結合孔、誘電体共振器の円形状の開口部、誘電体共振器の径の大きさを変えることにより放射量を調整してなることとしたことから、放射パターンを容易に制御できるとともに、円偏波の場合でも、軸比を小さく抑えることができるものとなる。
【０１０１】
またさらに、誘電体基板内に、高周波信号を伝送可能な誘電体導波管と、円柱型誘電体の側面の全部または一部が金属で覆われ、かつ高周波信号を空間に放射するための開口部を有する円柱型誘電体共振器とが形成され，誘電体導波管のＨ面導体内の前記円柱型誘電体共振器の開口部の中心と対向する位置に結合孔を形成し、該結合孔を介して高周波信号を前記誘電体導波管から円柱型誘電体共振器に給電してなるものとしたことにより、誘電体基板の裏面に能動素子や信号切り替え器を直接実装またはキャビティを形成しその中に内蔵することが可能となり、小型で信頼性が高く、低コストのアンテナ基板とする事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の開口面アンテナの一例を示す概略斜視図である。
【図２】  （ａ）は本発明の反射抑制構造を有する開口面アンテナの一例を示す概略斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のｘ−ｘ断面図である。
【図３】  開口面アンテナの結合孔の形状の例を示す図である。
【図４】  （ａ）は直線偏波を放射させる積層型開口面アンテナの一例を示す平面図であり、（ｂ）は磁界分布を示す図である。
【図５】  （ａ）は本発明における円偏波を放射させる積層型開口面アンテナの一例を示す平面図であり、（ｂ）は磁界分布を示す図である。
【図６】  本発明の開口面アンテナを用いた直列給電アンテナの一例を示す分解図である。
【図７】  （ａ）は本発明の開口面アンテナ付き基板の一例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ１−Ｂ１断面図である。
【図８】  （ａ）は本発明の反射抑制構造を有する開口面アンテナ付き基板の一例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ２−Ｂ２断面図である。
【図９】  （ａ）は本発明の開口面アンテナ付き基板に能動素子群を実装した一例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ３−Ｂ３断面図である。
【図１０】  （ａ）は本発明の開口面アンテナ付き基板に能動素子群を実装し、送受信共用とした一例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ４−Ｂ４断面図である。
【図１１】  （ａ）は本発明の開口面アンテナ付き基板にキャビティを形成した一例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ５−Ｂ５断面図である。
【図１２】  本発明の開口面アンテナにおける反射抑制構造の効果を示す図であり、（ａ）は結合孔サイズを変化させたときの特性、（ｂ）は共振器径を変化させた時の特性である。
【図１３】  （ａ）は本発明の開口面アンテナから放射される電磁波が円偏波であることを示す放射パターンであり、（ｂ）は放射される電磁波が直線偏波である場合の放射パターンを示す図である。
【図１４】  （ａ）は本発明の開口面アンテナにおける結合孔サイズと放射量および円偏波の軸比との関係を示す図であり、（ｂ）は周波数に対する軸比の変化を示す図である。
【図１５】  （ａ）は本発明の開口面アンテナにおける開口部サイズと放射量および円偏波の軸比との関係を示す図であり、（ｂ）は共振器径と放射量および円偏波の軸比の関係を示す図である。
【図１６】  本発明の開口面アンテナにおける、直列給電方式による放射パターン制御の一例を示す図である。
【符号の説明】
１    誘電体共振器
１１  共振器部上部主導体層
１２  共振器部副導体層
１３  共振器部下部主導体層
１４  共振器部貫通導体
２    導波管型給電線路
２１  給電部上部主導体層
２２  給電部副導体層
２３  給電部下部主導体層
２４  給電部貫通導体
３１  開口部
３２  結合孔
４    反射抑制構造
４１  反射抑制垂直導体
４２  反射抑制水平導体
５    アンテナ付き基板
５１  共振器部誘電体基板
５２  給電部誘電体基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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